目錄

一、連接管理

二、三次握手

? ? ? ? 1、何為三次握手？

? ? ? ? 2、三次握手有何意義？

三、四次揮手

三次握手和四次揮手的相似之處和不同之處

? ?（1）相似之處

? ?（2）不同之處

四、TCP的狀態(tài)

建立連接：

斷開連接：

CMD控制平臺(tái)觀察上面介紹的狀態(tài)

LISTEN和ESTABLISHED

CLOSE_WAIT和TIME_WAIT

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一、連接管理

? ? ? ? 正常情況下，TCP要經(jīng)歷“三次握手”建立連接，“四次揮手”斷開連接。

????????TCP是有連接的，我們程序員編寫客戶端代碼時(shí)，只要：socket = new Socket(String serverIP, int serverPort)，操作系統(tǒng)內(nèi)核中就會(huì)自動(dòng)和服務(wù)器建立連接，如圖：

? ? ? ? 內(nèi)核是怎么完成上述建立連接的過程的呢？——三次握手

? ? ? ? 而當(dāng)要斷開連接時(shí)，內(nèi)核是怎么進(jìn)行的呢？——四次揮手

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二、三次握手

? ? ? ? 1、何為三次握手？

? ? ? ? 在建立連接的過程中，客戶端一定是主動(dòng)的一方，第一次交互就是客戶端發(fā)起的，客戶端首先要發(fā)送給服務(wù)器syn（同步報(bào)文段），然后服務(wù)器收到 syn 后，服務(wù)器就會(huì)發(fā)送ack（應(yīng)答報(bào)文），然后服務(wù)器也要發(fā)送 syn 給客戶端，客戶端在收到 syn 后，就會(huì)返回一個(gè) ack 給服務(wù)器，這是，三次握手的就完成了，如圖：

? ? ? ? 上面畫的好像是四次交互啊，那為啥稱為三次握手呢？原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)榉?wù)器給客戶端發(fā)送的兩個(gè)報(bào)文，可以合并成一個(gè)也就是ack+syn。為什么呢？想象一下，我們網(wǎng)購的時(shí)候，同時(shí)買了兩份商品，商家是不是就會(huì)把這兩份商品打包成一件商品，一起郵寄給我們，原因很簡(jiǎn)單，就是節(jié)省成本。網(wǎng)絡(luò)中也是如此，反正ack和syn都要發(fā)到客戶端中，那為什么不直接打包成一份呢？何況網(wǎng)絡(luò)傳輸是要經(jīng)過層層封裝、分用，多一個(gè)次傳輸，傳輸成本就會(huì)增加好多，也就成了三次握手，如下圖：

? ? ? ? 除了節(jié)約成本外，還有一個(gè)原因（也是能合并的前提）：ack和syn的觸發(fā)時(shí)機(jī)是一樣的，所以可以把這兩個(gè)合并在一起。所以100%會(huì)合并！

? ? ? ? 這里客戶端在第一次交互中，雖然已經(jīng)發(fā)送給服務(wù)器syn了，但是服務(wù)器是否要保存客戶端的信息，還得觀望觀望，等這三次握手結(jié)束后，才能保存客戶端的信息，確立連接，以及后續(xù)的通信。

? ? ? ? 這里的第一次交互，服務(wù)器收到客戶端發(fā)來的syn，服務(wù)器會(huì)有兩種情況：一、服務(wù)器同意，表示服務(wù)器也愿意和客戶端建立連接；二、服務(wù)器不同意，這種情況很少出現(xiàn)，一般的原因就是服務(wù)器的負(fù)載極高，已經(jīng)處理不過來了，客戶端發(fā)來的請(qǐng)求處理不過來了，服務(wù)器完全無法響應(yīng)，就沒有下文了。

? ? ? ? 因?yàn)?strong>服務(wù)器是提供服務(wù)的，所以客戶端發(fā)來的請(qǐng)求就一定會(huì)盡可能的處理，返回響應(yīng)，所以一般都會(huì)同意客戶端的建立請(qǐng)求。

????????? ? ? ? 握手的英譯：handshake，是一個(gè)形象的比喻，握手只是打招呼，不用商討具體的細(xì)節(jié)（業(yè)務(wù)邏輯，也就是應(yīng)用程序 / 應(yīng)用層要完成的事情）。其中這里就是簡(jiǎn)單的建立個(gè)連接而已，沒有其他操作，還有三次握手也會(huì)有超時(shí)重傳，三次握手結(jié)束后，超時(shí)重傳也還存在。

syn的介紹：所謂的syn就是一個(gè)特殊的TCP數(shù)據(jù)報(bào)

? ? ? ? syn是六個(gè)標(biāo)志位的第五位，全稱：synchronize ，表示同步的意思，如圖：

? ? ? ? 表達(dá)的語義：我想和你建立連接。這里的 syn 雖然不帶有應(yīng)用層載荷，但也會(huì)帶有 IP報(bào)頭?/ 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀等等，更會(huì)有TCP報(bào)頭，其中TCP報(bào)頭中就包含了客戶端自己的端口，IP報(bào)頭中就包含了客戶端的IP。

? ? ? ? 2、三次握手有何意義？

（1）投石問路，確認(rèn)客戶端和服務(wù)器之間的通信通道是否“通暢”

? ? ? ? 比如地鐵，地鐵每天的第一趟不是載客的，而是先空車跑一趟，確認(rèn)列車是否能正常運(yùn)行到目的地，中間是否會(huì)有故障；而三次握手也是有類似的功能，通信前先確認(rèn)通信鏈路是否是通暢的，有一種投石問路的效果。

（2）三次握手，也是在確定通信雙方是否能發(fā)送信息和接受信息（接受和發(fā)送能力是否正常）

? ? ? ? 功能和上面畫的圖一樣，如圖：

? ? ? ? 第一次交互，客戶端先給服務(wù)器發(fā)送syn建立請(qǐng)求，服務(wù)器收到了syn后，就知道客戶端的發(fā)送能力是沒有問題的；第二次交互，服務(wù)器發(fā)送ack+syn給客戶端，當(dāng)客戶端收到后，客戶端就知道了，自己的發(fā)送能力沒有問題，服務(wù)器的接受和發(fā)送能力沒有問題；第三次交互，客戶端發(fā)送ack給服務(wù)器，服務(wù)器收到ack，服務(wù)器就能知道，自己的發(fā)送能力和接受能力都沒有問題，還有客戶端的接受能力也沒有問題。

（3）建立連接的過程也會(huì)協(xié)商一些參數(shù)

? ? ? ? 因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信是客戶端和服務(wù)器兩方的事情，所以就要配合，就要協(xié)商一些信息，保證其中的有些內(nèi)容要一樣。

? ? ? ? TCP協(xié)議中也有很多參數(shù)是要客戶端和服務(wù)器雙方進(jìn)行協(xié)商的，這些內(nèi)容往往體現(xiàn)在 選項(xiàng)中，如圖

? ? ? ? 其中有一個(gè)信息是挺關(guān)鍵的：TCP 的通信序號(hào)，如圖：

? ? ? ? 也是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)傳輸中：后發(fā)先至（先發(fā)后至）的情況是普遍存在的，所以要引入序號(hào)這一概念。為了區(qū)分不同連接之間的數(shù)據(jù)包。

? ? ? ? TCP在通信過程中，序號(hào)不是從 0 / 1開始的，而是選擇一個(gè)比較大的數(shù)字，以這個(gè)數(shù)字開頭來計(jì)算，即使是同一個(gè)客戶端和服務(wù)器，每次連接，開始的序號(hào)都不同，原因：避免“前朝的件，斬本朝的官”。啥意思，如圖：

? ? ? ? 所以，第二次連接，舊的數(shù)據(jù)應(yīng)該丟棄。而舊的數(shù)據(jù)包也能一眼就看出來，原因就是每次連接（就算是同一客戶端和服務(wù)器的連接），每次開始的序號(hào)也會(huì)不同，就很容易區(qū)別新舊數(shù)據(jù)包，把舊的數(shù)據(jù)包丟棄。

? ? ? ? 比如清朝的人，和我們現(xiàn)代人走在一起，想象清朝的人是“大粽子”，是不是一眼就能看出來他“不是人”（doge）。

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三、四次揮手

? ? ? ? 連接的過程，本質(zhì)是在于服務(wù)器和客戶端直接能保存對(duì)端的信息，是虛擬的連接，而這些信息是要放在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的。

? ? ? ? 斷開連接的過程，本質(zhì)就在于把服務(wù)器和客戶端里保存的對(duì)端的信息，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上給釋放掉，是邏輯上的斷開連接，也是虛擬的。

? ? ? ? 其中四次揮手有點(diǎn)類似現(xiàn)實(shí)中的離婚的“和離”（和平分手），因?yàn)榻Y(jié)婚領(lǐng)證后是具有法律效應(yīng)的，如果要離婚，就會(huì)牽扯到財(cái)產(chǎn)糾紛問題，并不是其中的一方想離就立即能離的，一般要確認(rèn)財(cái)產(chǎn)分配問題，雙方的觀念達(dá)成一致，才能離成，這種情況就是“和離”；而四次揮手呢，也并不是客戶端和服務(wù)器的其中一端的單方面情況，想斷開連接就斷開連接，而是要遵循一些約定，經(jīng)過四次揮手的過程后，才能斷開連接。

? ? ? ? 那么四次揮手的過程是咋樣的呢？（斷開連接并不像建立連接，發(fā)送端一定是客戶端，斷開連接的發(fā)起者，可以是服務(wù)器，也可以是客戶端）大概流程如圖：

? ? ? ? 這里就涉及到四次交互，其中服務(wù)器這邊，是不可以把a(bǔ)ck和fin進(jìn)行合并！！一起發(fā)送給客戶端的，為什么呢，原因就是：服務(wù)器這邊的ack和fin觸發(fā)時(shí)機(jī)是不一樣的！服務(wù)器接受到對(duì)端的fin時(shí)，就會(huì)立即發(fā)送ack給對(duì)端，而fin要經(jīng)歷一些程序員寫的一些代碼，一些邏輯后，才能執(zhí)行服務(wù)器這邊的代碼： socket.close()，才會(huì)給對(duì)端發(fā)fin。當(dāng)然也不是絕對(duì)的，如果服務(wù)器這邊的如果斷開連接的代碼很少，fin和發(fā)送ack的觸發(fā)時(shí)機(jī)幾乎是同一時(shí)間，這時(shí)候服務(wù)器當(dāng)然也可以把a(bǔ)ck+fin合并到一起再發(fā)送給對(duì)端啦。所以，中間兩次可以合并嗎？我們稱為?：如合！

? ? ? ? 上面這四次交互，就是四次揮手的過程了。

三次握手和四次揮手的相似之處和不同之處

? ?（1）相似之處

? ? ? ? 傳輸順序是相似的，都是各自給對(duì)端發(fā)生 syn / fin，對(duì)端返回ack，然后對(duì)端再發(fā)送 syn / fin ,? ?當(dāng)前端再返回回去ack。

? ? ? ? 三次握手交互順序：syn / ack / syn / ack

? ? ? ? 四次揮手交互順序：fin / ack / fin /ack

? ?（2）不同之處

? ? ? ? 發(fā)送方的約定不同，三次握手的發(fā)送方（主動(dòng)方）必須是客戶端，四次揮手的發(fā)送方雙方（主動(dòng)方）都可以。

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四、TCP的狀態(tài)

? ? ? ? 下圖是TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換的匯總：

? ? ? ? 這里主要介紹四個(gè)常用的狀態(tài)。

建立連接：

????????LISTEN狀態(tài)：在Linux系統(tǒng)是LISTEN，Windows系統(tǒng)是LISTENING；表示服務(wù)器這邊已經(jīng)創(chuàng)建好ServerSocket了，并且已經(jīng)好綁定IP地址和端口了，隨時(shí)可以接收客戶端發(fā)來的請(qǐng)求。

????????ESTABLISHED狀態(tài)：表示三次握手的過程已經(jīng)結(jié)束了，客戶端和服務(wù)器之間已經(jīng)建立好連接了。

斷開連接：

????????CLOSE_WAIT狀態(tài)：表示被動(dòng)方的這一端，收到了對(duì)端發(fā)來的fin后，會(huì)進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)。

????????TIME_WAIT狀態(tài)：表示主動(dòng)方這一端，發(fā)送給對(duì)端fin后，對(duì)端也發(fā)送fin給我后，本端會(huì)處于這個(gè)狀態(tài)，就是為了給最后一個(gè)ack的重傳留有一定時(shí)間。

CMD控制平臺(tái)觀察上面介紹的狀態(tài)

首先，啟動(dòng)我們之前寫的TCP代碼，啟動(dòng)這服務(wù)器和客戶端。

詳細(xì)代碼在：網(wǎng)絡(luò)編程套接字(4)——Java套接字（TCP協(xié)議）-CSDN博客

其中服務(wù)器和客戶端的端口和地址，如圖：

LISTEN和ESTABLISHED

只啟動(dòng)服務(wù)器

????????在CMD控制平臺(tái)輸入：netstat -ano | findstr 9090

? ? ? ? 第一列是協(xié)議，第二列是本地地址，第三列是外部地址，第四列是狀態(tài)，第五列是 PID。

????????其中，這里0.0.0.0是本機(jī)所有網(wǎng)絡(luò)接口的地址，是本網(wǎng)絡(luò)中的本機(jī)，也就是說，表示當(dāng)前設(shè)備上所有可用的IP地址，也稱為通配地址。而127.0.0.1是回環(huán)地址，是為了讓本機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自我測(cè)試和自我通信。

? ? ? ? 方括號(hào)是IPV6的地址。

? ? ? ? 服務(wù)器的端口號(hào)是9090，也就是服務(wù)器的地址，當(dāng)前狀態(tài)是LISTENING，表示服務(wù)器已經(jīng)綁定好了IP地址和端口，隨時(shí)可以和客戶端建立連接。

? ? ? ? 大概流程如下圖：

啟動(dòng)服務(wù)器和客戶端

? ? ? ? 在CMD控制平臺(tái)輸入：netstat -ano | findstr 9090

? ? ? ? 客戶端是第三行，服務(wù)器是第二行，其中它們的狀態(tài)都變成了ESTABLISHED，表示服務(wù)器和客戶端兩端已經(jīng)建立了聯(lián)系。

CLOSE_WAIT和TIME_WAIT

? ? ? ? 在Windows操作系統(tǒng)，CLOSE_WAIT和TIME_WAIT是不容易被觀察到的，用CMD控制平臺(tái)看不到這個(gè)狀態(tài)。

? ? ? ? 其中，這里TIME_WAIT是為了給最后一個(gè)ack重傳留有一定的時(shí)間。其中，最后一個(gè)ack要發(fā)送給服務(wù)器，客戶端和服務(wù)器之間，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存的對(duì)端信息才能被釋放掉，如果最后一個(gè)ack丟包了，客戶端這邊也不知道是啥情況，就可以使用TIME_WAIT狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)記，如果ack丟包了，就等一定的時(shí)間，給客戶端這邊重傳ack提供保障。

? ? ? ? 當(dāng)然，這里也不是無休止的等，是有一定是時(shí)間限制的，最多等2MSL（MSL是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)核的配置項(xiàng)，表示服務(wù)器和客戶端之間消耗最多的時(shí)間，常見的設(shè)置值是2 min），這里如果等了2MSL，還沒收到客戶端發(fā)來的ack，也意味著客戶端這邊不可能會(huì)發(fā)ack過來了，再也不會(huì)重傳了，就直接斷開連接吧，丟棄一些在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的信息。

? ? ? ? 一般而言，對(duì)于服務(wù)器出現(xiàn)大量的CLOSE_WAIT狀態(tài)，原因就是服務(wù)器沒有正確關(guān)閉socket，導(dǎo)致四次揮手沒有正確完成，這是應(yīng)該BUG；只需要加上對(duì)應(yīng)的close即可。